退火爐氮?dú)夤苈反?lián)改造

顏 君

（上海華峰鋁業(yè)股份有限公司，上海 201500）

0 引言

氮?dú)獗Ｗo(hù)式鋁卷退火爐是生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵設(shè)備，氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣加熱，使?fàn)t內(nèi)達(dá)到少氧環(huán)境，可防止鋁卷的氧化、脫碳，能夠得到性能和表面質(zhì)量更好的產(chǎn)品?，F(xiàn)今市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)壓力日益增大，減少氮?dú)馐褂昧繅蚪档蜕a(chǎn)成本，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

1 退火爐設(shè)備概況

公司現(xiàn)有4 臺(tái)氮?dú)獗Ｗo(hù)40 t 鋁卷退火爐，由陜西安中機(jī)械有限責(zé)任公司于2008 年設(shè)計(jì)制造。

1.1 主要技術(shù)參數(shù)

爐子型式，噴流式電加熱氮?dú)獗Ｗo(hù)退火爐；裝爐量，40 t；鋁卷最大規(guī)格，Ф2000 mm×1450 mm，4 卷；爐子最高使用溫度，600 ℃；金屬退火溫度，170～500 ℃；加熱方式，電加熱該爐設(shè)有一套完整的氮?dú)夤?yīng)及壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)，包括氮?dú)鈮毫z測(cè)、氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥、壓力調(diào)節(jié)閥以及流量計(jì)等，根據(jù)工藝需要可在退火各階段能完成對(duì)氮?dú)獠煌?yīng)量的自動(dòng)控制。氮?dú)膺M(jìn)口壓力約0.5 MPa，充氮洗爐時(shí)段預(yù)計(jì)量大流量700 Nm3/h，氮?dú)獯祾邥r(shí)間≤60 min，氮?dú)獯祾吆鬆t內(nèi)氧含量≤0.2%，加熱升溫時(shí)段氮?dú)庀牧俊?50 Nm3/h，保溫時(shí)段氮?dú)庀牧俊?0 Nm3/h，氮?dú)獾募兌仁?9.99%。

氧含量分析系統(tǒng)主要由氧分析儀構(gòu)成，能對(duì)爐膛的氧含量進(jìn)行在線分析，分析結(jié)果可遠(yuǎn)傳到控制柜的觸摸屏上，從而可調(diào)節(jié)氮?dú)夤?yīng)系統(tǒng)。

1.2 生產(chǎn)工藝流程

（1）將待退火的鋁卷吊放到料架上，用天車吊放在爐外的裝出料車上。

（2）松開壓緊爐門的氣缸，打開爐門并鎖緊安全銷。

（3）開動(dòng)裝出料機(jī)構(gòu)對(duì)準(zhǔn)中心，啟動(dòng)液壓缸，將料盤升起，再啟動(dòng)小車。將裝好爐料的料車送入爐內(nèi)，小車到位后，將料盤和料架落到爐底兩側(cè)的支撐柱上，裝出料小車退到爐外，開到合適位置。

（4）脫開安全銷，降下爐門，然后壓緊爐門使之有良好密封。

（5）氮?dú)夤夤苈飞系臍鈩?dòng)碟閥全部打開，氮?dú)庖宰畲罅繌臓t底和爐頂吹入爐內(nèi)開始對(duì)爐膛進(jìn)行吹洗，當(dāng)爐內(nèi)氧含量達(dá)到0.2%時(shí)（大概用時(shí)40 min），通向爐底管路的氣動(dòng)球閥關(guān)閉，只保留通過量為70 m3/h 的氣動(dòng)球閥打開，同時(shí)加熱器送電，爐子開始加熱升溫；爐膛溫度大概升到250 ℃時(shí)循環(huán)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)為高速運(yùn)行。

（6）在爐子升溫過程中，分3 個(gè)階段進(jìn)行：差溫加熱階段，比例控制階段，保溫階段。在升溫的“差溫加熱階段”，一開始爐氣溫度與爐料溫度之差較大，爐子的熱工過程由爐氣溫度進(jìn)行控制。隨著爐料溫度的升高，兩者之差變小，當(dāng)料溫達(dá)到一定值時(shí)，信號(hào)顯示爐子轉(zhuǎn)入比例控制階段。在此期間，爐溫與料溫將按一定比例變化（料溫升、爐溫降）爐子的熱工過程轉(zhuǎn)為由料溫進(jìn)行控制，當(dāng)料溫、爐溫均達(dá)到給定值時(shí)系統(tǒng)轉(zhuǎn)入保溫階段，以減少爐料本身表面和心部的溫差。在上述各階段，PLC 系統(tǒng)可隨時(shí)顯示各種參數(shù)，整個(gè)操作過程既可按PLC 程序自動(dòng)進(jìn)行，也可轉(zhuǎn)換為手動(dòng)控制，保溫終了時(shí)發(fā)出聲光信號(hào)，準(zhǔn)備出爐或降溫。

（7）切斷加熱器，開啟旁路冷卻器，進(jìn)行爐內(nèi)降溫冷卻。如要求控制降溫，可用變頻器調(diào)節(jié)旁冷風(fēng)機(jī)和吹洗風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和風(fēng)壓。必要時(shí)，加熱器還應(yīng)投入工作。

（8）冷卻降溫工序完成后，停止循環(huán)風(fēng)機(jī)，松開壓緊氣缸，打開爐門并插入安全銷。開動(dòng)復(fù)合料車，把料拉出爐外。把料車上退完火的料用天車吊走，重新裝料。這就是第一爐次退火的全部過程。

2 氮?dú)夤苈反?lián)改造方案

以現(xiàn)有4 臺(tái)氮?dú)獗Ｗo(hù)鋁卷退火爐為改造對(duì)象，按順序分別命名為1#退火爐、2#退火爐、3#退火爐、4#退火爐，退火爐管路如圖1 所示。將1#退火爐排煙管到與2#退火爐吹洗管路連接，連接管通徑DN150，PN1.6 MPa，連接管中間安裝有金屬硬密封氣動(dòng)蝶閥，采用同樣的方法依次將2#與3#退火爐連接、3#與4#退火爐連接。由于現(xiàn)場(chǎng)空間限制，未將4#退火爐排煙管道與1#退火爐吹洗管道連接，沒有形成閉環(huán)回路，同行公司現(xiàn)場(chǎng)條件允許的情況下可以嘗試閉環(huán)連接。

圖1 退火爐管路

3 改造后的生產(chǎn)工藝流程

3.1 將1#、2#退火爐或2#、3#退火爐或3#、4#退火爐兩兩成對(duì)使用

例如安排1#、2#同時(shí)生產(chǎn)時(shí)，3#、4#退火爐繼續(xù)沿用之前的操作流程不受干擾。若1#、2#退火爐成對(duì)安排生產(chǎn)，首先將1#退火爐吹洗管路、排煙管路以及2#退火爐吹洗管路3 個(gè)氣動(dòng)蝶閥關(guān)閉；打開1#、2#退火爐串聯(lián)管路以及2#退火爐排煙管路2 個(gè)氣動(dòng)蝶閥；1#退火爐氮?dú)夤夤苈飞洗罅髁繗鈩?dòng)碟閥打開，氮?dú)庖?00 m3/h 的流量從爐底和爐頂吹入爐內(nèi)開始對(duì)1#退火爐爐膛進(jìn)行吹洗，大流量氮?dú)猓ㄈ鐖D1 退火爐管路圖中虛線所示）首先充滿1#退火爐，然后含氮空氣（此時(shí)氮?dú)夂考s95%）從串聯(lián)管路進(jìn)入2#退火爐，最后廢氣從2#退火爐排煙管道排出。

當(dāng)1#退火爐內(nèi)氧含量達(dá)到0.2%（大概用時(shí)40 min）時(shí)，加熱器送電，1#退火爐開始加熱升溫，同時(shí)關(guān)閉串聯(lián)管路氣動(dòng)蝶閥，打開1#退火爐排煙管道氣動(dòng)蝶閥進(jìn)入正常生產(chǎn)工藝流程。此時(shí)2#退火爐氧含量約1%，需要打開2#退火爐氮?dú)夤苈窔鈩?dòng)蝶閥，用大流量氮?dú)鈱?duì)2#退火爐進(jìn)行吹洗約5 min，爐內(nèi)氧含量達(dá)到0.2%，加熱器送電，2#爐開始加熱升溫進(jìn)入正常生產(chǎn)工藝流程。

3.2 退火爐升溫前爐內(nèi)吹洗所需的氮?dú)庥昧?/h3>

（1）1#、2#退火爐分別單獨(dú)使用氮?dú)獯迪此璧獨(dú)饪偭浚?/p>

（2）1#、2#退火爐使用串聯(lián)管路進(jìn)行氮?dú)獯迪此璧獨(dú)饪偭浚?/p>

（3）利用兩臺(tái)退火爐串聯(lián)管路進(jìn)行大流量吹洗可節(jié)約氮?dú)庥昧考s：

（4）串聯(lián)管路大流量充氮總用時(shí)比單獨(dú)分別充氮時(shí)間多5 min（單獨(dú)充氮可同時(shí)進(jìn)行）。

4 結(jié)語

通過改造和生產(chǎn)跟蹤測(cè)試，使用1 臺(tái)退火爐的大流量氮?dú)馔瑫r(shí)吹洗2 臺(tái)退火爐確實(shí)能夠起到節(jié)約氮?dú)獾淖饔?，且不?huì)明顯增加生產(chǎn)時(shí)間（相較于總退火時(shí)間13 h）。但是，1 臺(tái)退火爐的氮?dú)馐欠衲軌蛲瑫r(shí)吹洗3 臺(tái)或3 臺(tái)以上的退火爐，經(jīng)吹洗3 臺(tái)退火爐的測(cè)試，效果并不理想，有以下原因：①3 臺(tái)退火爐所進(jìn)的物料必須有相似的退火工藝；②排產(chǎn)難度增大，必須等待3 臺(tái)同時(shí)進(jìn)料生產(chǎn)，時(shí)間成本上升；③受限于退火爐爐體的密封性和氣源壓力，氮?dú)獯迪磿r(shí)間較長(zhǎng)，整體用量節(jié)約并不明顯。

綜上所訴，以現(xiàn)有設(shè)備概況，采用1 臺(tái)退火爐的大流量氮?dú)馔瑫r(shí)吹洗2 臺(tái)退火爐的方案是最經(jīng)濟(jì)的。相關(guān)同行若有類似節(jié)能需求可參考借鑒。